Введение к работе
Актуальность работы. Стремительное развитие современных систем связи, построенных на принципах коммутации пакетов, ставит перед разработчиками телекоммуникационных систем ряд задач. На передний план выходят задачи обеспечения качества услуг, предоставляемых пользователям сети, а также обеспечения высокой степени надежности функционирования современных мультисервисных сетей связи.
Оба показателя прямо либо опосредовано зависят от протоколов маршрутизации, применяемых на сетях связи. Протоколы маршрутизации, в свою очередь, базируются на общепринятых подходах или методах маршрутизации. На сегодняшний день существует множество методов маршрутизации, разработанных с целью обеспечения определенных характеристик сетей связи.
С развитием телекоммуникационных технологий выбор применяемых методов и протоколов маршрутизации не потерял своей актуальности. Особенно актуальным является изучение влияния методов маршрутизации на качество обслуживания в мультисервисных сетях связи, функционирующих в так называемых «экстремальных» условиях – условиях случайного изменения доступных сетевых ресурсов. Экстремальные условия функционирования возникают как по причине внутренних перегрузок сети связи при увеличении пользовательского и (или) служебного трафика, увеличении вероятности ошибки в тракте, переполнении буферных устройств сетевых элементов и т.п., так и по причине внешних воздействий, в том числе из-за обрывов линий связи, отключения электропитания, аварий и т.п. Следует также учитывать самоподобный характер проходящего по сетям связи трафика, что предъявляет определенные требования к применяемому математическому аппарату исследований.
На сегодняшний день достаточно хорошо развит математический аппарат для исследования мультисервисных сетей связи. Этому способствовало развитие теории массового обслуживания в середине 60-х гг. XX века. Появление теории массового обслуживания, как математического аппарата для исследования сетей с коммутацией каналов, дало толчок в развитии теории анализа сетей с коммутацией пакетов. Фундаментальными работами в области теории массового обслуживания можно назвать работы иностранных специалистов: Л. Клейнрока, А. Эрланга, М. Шварца. Среди отечественных ученых можно отметить работы В.М. Вишневского, М.П. Березко, Е.В. Левнера, Е.В. Федотова и других, обобщивших существующие теоретические наработки в области исследования сетей с коммутацией пакетов.
Как показывают последние исследования, трафик, проходящий по сетям связи, носит самоподобный характер, что накладывает определенные условия на исследование современных мультисервисных сетей. Исследованию самоподобных процессов, а также свойств самоподобия сетевого трафика посвящены работы иностранных авторов: Б.Б. Мандельброта, Н.Д. Георганаса, В.Е. Лиланда, Д.Р. Кокса, В. Виллингера, И. Норроса, а также отечественных авторов: А.Н. Колмогорова, Б. Цыбакова, О.И. Шелухина, С.М. Смольского, А.В. Осина и других.
В диссертации разработана методика анализа методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи. На базе предложенной методики разработан программный продукт, позволяющий исследовать влияние методов маршрутизации на характеристики функционирования мультисервисных сетей. С использованием разработанного программного продукта проведено исследование влияния методов маршрутизации на качество обслуживания в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях при передаче по ним самоподобного трафика. Даны рекомендации по применению методов маршрутизации в сетях связи.
Цель исследования: исследование методов маршрутизации для мультисервисных сетей связи, функционирующих в экстремальных условиях, при прохождении по ним самоподобного трафика.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
-
провести анализ существующих подходов к исследованию методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи;
-
разработать методику анализа методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях, при прохождении по ним самоподобного трафика;
-
разработать рекомендации по выбору наилучшего метода маршрутизации в мультисервисных сетях связи по критерию обеспечения максимума интегральной оценки качества обслуживания.
Объектом исследования являются мультисервисные сети связи.
Предметом исследования в работе является влияние процесса маршрутизации потоков самоподобного трафика на качество обслуживания в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях.
Методы исследования: для достижения поставленной цели и решения сформулированных в диссертационной работе задач использовались математические методы аппарата теории очередей, теории графов, а также методы имитационного моделирования.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается строгостью применяемого математического аппарата и результатами имитационного моделирования, а также положительными результатами апробации и внедрения.
Научная новизна работы. В диссертации:
-
разработана аналитическая модель служебной нагрузки, создаваемой различными методами маршрутизации, позволяющая выбрать наилучший метод маршрутизации при заданных условиях неопределенности на сети связи и объеме доступных сетевых ресурсов по критерию обеспечения максимума доступных ресурсов сети связи для передачи пользовательской информации;
-
разработана методика анализа методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи, учитывающая экстремальные условия функционирования сетей и прохождение по ним самоподобного трафика;
-
разработан метод проверки графа сети на связность, позволяющий существенно сократить использование ресурсов ПЭВМ для решения поставленной задачи;
-
разработаны рекомендации, позволяющие выбрать наилучший метод маршрутизации по критерию обеспечения максимума интегральной оценки качества обслуживания.
Теоретическое значение диссертации. Разработанная методика позволяет количественно оценить уровень качества обслуживания в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях. Методика анализа является общей для любого из рассматриваемых в работе методов маршрутизации, а также для существующих сетевых технологий. Конкретизация предложенных методов позволяет применять их при анализе протоколов маршрутизации.
В диссертации даны рекомендации по выбору и применению наилучшего метода маршрутизации по критерию обеспечения максимума интегральной оценки качества обслуживания, а также заложены основы для разработки потоковых методов маршрутизации.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
-
Разработаны методика анализа методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи и программный продукт, позволяющий проводить исследования влияния методов маршрутизации на качество обслуживания в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях при прохождении по ним самоподобного трафика.
-
Разработанный программный продукт проверки телекоммуникационной сети на связность включен в отраслевой фонд алгоритмов и программ при Министерстве образования Российской Федерации (извещение о государственной регистрации в Информационно-библиотечном фонде Российской Федерации разработки, предъявляемой в отраслевой фонд алгоритмов и программ от 28.02.2003 № 50200300153).
-
Разработанный программный продукт анализа методов маршрутизации в широкополосных цифровых сетях интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО) включен в отраслевой фонд алгоритмов и программ при Министерстве образования Российской Федерации (извещение о государственной регистрации в «Национальном информационном фонде неопубликованных документов» разработки, предъявленной в отраслевой фонд алгоритмов и программ от 18.10.2004 № 50200401220).
-
Разработанный в диссертации программный продукт «NetModel» внедрен в учебные дисциплины ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», а именно в лекционные курсы по дисциплине «Современные информационные технологии» (Акт внедрения от 07.09.2009).
-
Разработанный программный продукт «NetModel», а также методика исследования методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи и способ проверки телекоммуникационной системы на связность используются на предприятиях связи: ООО «АйТиЭс-Интеграция» (Акт внедрения от 18.08.2009 № 116/01), ООО «Сибирские сети» (Акт внедрения от 23.07.2009 № 231).
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях, в том числе:
– Международной научной конференции «SibCon-2003», «SibCon-2005», «SibCon-2007» (г. Томск, 2003, 2005, 2007 гг.);
– Всероссийской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 2007, 2008 гг.).
– X Международной конференции «Проблемы функционирования информационных сетей» (г. Новосибирск, 2008 г.);
– Международной научно-практической конференции «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2009)» (г. Санкт-Петербург, 2009 г.).
Публикации по теме исследования. Всего по теме диссертации написано и опубликовано 17 работ, в том числе 2 работы в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.
Личный вклад. В диссертации использованы результаты, в которых автору принадлежит определяющая роль. Некоторые из опубликованных работ написаны в соавторстве с сотрудниками научной группы, где диссертант принимал участие в непосредственной разработке методик анализа, моделей, программного обеспечения. Постановка задачи исследований осуществлялась научным руководителем, к.т.н., доцентом С.Н. Новиковым.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 105 страниц основного текста и включает: 29 рисунков, 18 таблиц, список использованной литературы из 55 наименований и 2 приложения.
Основные положения диссертации, представляемые к защите:
-
Модель служебной нагрузки, создаваемой методами маршрутизации, учитывающая передачу сигнальной и маршрутной информации и позволяющая выбрать наилучший метод маршрутизации при заданных условиях неопределенности на сети связи и объеме доступных сетевых ресурсов.
-
Математическая модель сети, учитывающая экстремальные условия функционирования мультисервисной сети связи и самоподобный характер проходящего по ней трафика.
-
Метод проверки графа сети на связность, позволяющий существенно сократить использование ресурсов ПЭВМ для решения задачи и обладающий меньшей сложностью по сравнению с известными.
-
Рекомендации по выбору наилучшего метода маршрутизации в мультисервисных сетях связи, функционирующих в экстремальных условиях, по критерию обеспечения максимума интегральной оценки качества обслуживания.
